本發明涉及高鎢高溫合金母合金冶煉，具體為一種抑制高鎢高溫合金中宏觀偏析的元素調控方法。

背景技術：

1、高溫合金是航空航天發動機熱端部件的關鍵材料，其優異的高溫性能主要靠析出強化及固溶強化所實現。隨著航空發動機對合金耐溫能力需求的不斷提高，高溫合金的合金化程度也不斷增加。當前，先進鑄造高溫合金中起析出強化作用的al、ti元素含量已經達到6.0wt.％以上，而起固溶強化的難熔元素w、ta、mo、re、ru也已接近20wt.％。但是，al和難熔元素的密度差達到10g/cm3以上，合金極易在凝固過程中產生al、w等元素的宏觀偏析現象，導致合金鑄錠上下成分難以精確控制在最佳成分點上，不能充分發揮al、w等元素的強化效果，是我國高溫合金工程應用過程中亟需解決的關鍵問題。

技術實現思路

1、針對高鎢高溫合金鑄錠上下成分存在宏觀偏析這一不足，本發明的目的是提供一種抑制高鎢高溫合金中宏觀偏析的元素調控方法，所制備的合金具有均勻的組織，合金鑄錠上下無元素偏析，從而具有穩定的持久壽命。

2、為了實現上述目標，本發明的技術方案是：

3、一種抑制高鎢高溫合金中宏觀偏析的元素調控方法，在含al、ti質量總量大于6％以及含w質量總量大于15％高鎢多晶高溫合金中，通過al、ti質量總量與w質量總量的比值的調控，得到合理的比值區間，以達到抑制宏觀偏析的發生，從而獲得組織均勻且高性能水平的高鎢高溫合金。

4、所述的抑制高鎢高溫合金中宏觀偏析的元素調控方法，包括以下步驟：

5、s1：該高鎢高溫合金中各元素的化學質量分數為：cr：4.6～5.2％，nb：1.6～2.1％，co：6.0～8.0％，hf：0.7～1.2％，zr：≤0.02％，b：≤0.02％，c：0.08～0.14％，al：5.6～6.2％，ti：0.7～1.2％，w：15.3～16.5％，其余為ni；

6、s2：通過熱力學計算軟件計算不同al、ti質量總量與w質量總量比值的高鎢多晶高溫合金中相組成特點；

7、s3：經過熱力學軟件計算后，得到高鎢多晶高溫合金中不同al、ti質量總量與w質量總量比值與導致宏觀偏析發生的析出相析出溫度以及峰值含量的關系圖；

8、s4：通過篩選，確定無宏觀偏析發生的al、ti質量總量與w質量總量比值范圍，在成分范圍內設計實驗，驗證計算結果，確定優化后的al、ti質量總量與w質量總量比值。

9、所述的抑制高鎢高溫合金中宏觀偏析的元素調控方法，步驟s2中，熱力學軟件為thermo-calc商業軟件，用于初步確定al、ti質量總量與w質量總量比值范圍。

10、所述的抑制高鎢高溫合金中宏觀偏析的元素調控方法，步驟s3中，采用熱力學軟件thermo-calc進行計算時，將al、ti質量總量與w質量總量比值作為自變量，導致宏觀偏析發生的析出相析出溫度以及峰值含量作為因變量，得到不同al、ti質量總量與w質量總量比值下宏觀偏析發生的趨勢圖。

11、所述的抑制高鎢高溫合金中宏觀偏析的元素調控方法，步驟s4中，在無宏觀偏析發生的al、ti質量總量與w質量總量比值范圍，澆鑄母合金錠，采用母合金錠上下w、al成分分布是否均勻作為指標。

12、所述的抑制高鎢高溫合金中宏觀偏析的元素調控方法，步驟s4中，無宏觀偏析發生的al、ti質量總量與w質量總量比值范圍為0.39～0.42。

13、本發明的設計思想是：

14、針對在高鎢高溫合金冶煉過程中易產生宏觀偏析的問題，本發明基于典型高鎢多晶高溫合金成分，首先通過商用熱力學軟件thermo-calc對高鎢高溫合金凝固過程進行預測，發現al、ti質量總量與w質量總量比值影響合金宏觀偏析發生。通過對存在宏觀偏析合金錠進行成分、組織以及力學性能分析后。發現宏觀偏析導致合金成分不均勻以及性能穩定性差。因此，需要合理調控al、ti質量總量與w質量總量比值以抑制合金中宏觀偏析的發生。本發明通過調控合金中al、ti質量總量與w質量總量比值，抑制了高鎢高溫合金中宏觀偏析發生，促使合金鑄錠上下端成分及組織均勻分布，提高了合金力學性能的穩定性。

15、本發明具有如下的優點和有益效果：

16、1、本發明通過熱力學軟件thermo-cala預先進行計算，篩選出一定的al、ti質量總量與w質量總量比值范圍，再在此范圍內進行澆鑄驗證實驗，方法簡單可靠。

17、2、本發明中，在合金原有元素的基礎上進行合理調控，不引入新的合金元素，確保合金組織不發生新的變動。

18、3、本發明調控的合金元素w為固溶強化元素，al、ti為析出強化元素，在消除合金錠宏觀偏析的同時可以強化合金性能。

技術特征：

1.一種抑制高鎢高溫合金中宏觀偏析的元素調控方法，其特征在于，在含al、ti質量總量大于6％以及含w質量總量大于15％高鎢多晶高溫合金中，通過al、ti質量總量與w質量總量的比值的調控，得到合理的比值區間，以達到抑制宏觀偏析的發生，從而獲得組織均勻且高性能水平的高鎢高溫合金。

2.據權利要求1所述的抑制高鎢高溫合金中宏觀偏析的元素調控方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.按照權利要求2所述的抑制高鎢高溫合金中宏觀偏析的元素調控方法，其特征在于，步驟s2中，熱力學軟件為thermo-calc商業軟件，用于初步確定al、ti質量總量與w質量總量比值范圍。

4.按照權利要求2所述的抑制高鎢高溫合金中宏觀偏析的元素調控方法，其特征在于，步驟s3中，采用熱力學軟件thermo-calc進行計算時，將al、ti質量總量與w質量總量比值作為自變量，導致宏觀偏析發生的析出相析出溫度以及峰值含量作為因變量，得到不同al、ti質量總量與w質量總量比值下宏觀偏析發生的趨勢圖。

5.按照權利要求2所述的抑制高鎢高溫合金中宏觀偏析的元素調控方法，其特征在于，步驟s4中，在無宏觀偏析發生的al、ti質量總量與w質量總量比值范圍，澆鑄母合金錠，采用母合金錠上下w、al成分分布是否均勻作為指標。

6.按照權利要求2所述的抑制高鎢高溫合金中宏觀偏析的元素調控方法，其特征在于，步驟s4中，無宏觀偏析發生的al、ti質量總量與w質量總量比值范圍為0.39～0.42。

技術總結
本發明涉及高鎢高溫合金母合金冶煉技術領域，具體為一種抑制高鎢高溫合金中宏觀偏析的元素調控方法。在含Al、Ti質量總量大于6％以及含W質量總量大于15％高鎢多晶高溫合金中，通過Al、Ti質量總量與W質量總量的比值的調控，得到合理的比值區間，以達到抑制宏觀偏析的發生，從而獲得組織均勻且高性能水平的高鎢高溫合金。針對在高鎢高溫合金冶煉過程中易產生宏觀偏析的問題，本發明通過調控合金中Al、Ti質量總量與W質量總量比值，抑制了高鎢高溫合金中宏觀偏析的發生，促使合金鑄錠上下端成分及組織均勻分布，提高了合金力學性能的穩定性。

技術研發人員：盛乃成,費翔,孫士杰,儲昭貺,侯桂臣,周亦胄,孫曉峰
受保護的技術使用者：中國科學院金屬研究所
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28